[发明专利]一种基于超磁致伸缩加工高密度芳纶纸蜂窝的振动刀柄

说明书

本发明公开了一种基于超磁致伸缩加工高密度芳纶纸蜂窝的振动刀柄，包括钢制弹性框架(1)，所述钢制弹性框架(1)的一条边上开有豁口(2)，与所述豁口(2)所在边相邻的其中一条边上连接有一段刀具安装柄(3)，所述豁口(2)的两侧经调压螺栓(4)和碟簧组(5)弹性连接，所述钢制弹性框架(1)内夹装有超磁致伸缩驱动器(6)，所述超磁致伸缩驱动器(6)能将自身的伸缩运动转化为所述刀具安装柄(3)在轴向或径向上的振动。本发明具有散热性能好、零件装配间隙小，能量利用率高、装配零件成本相对较低的优点。

技术领域

本发明涉及芳纶纸蜂窝材料加工技术领域，特别是一种基于超磁致伸缩加工高密度芳纶纸蜂窝的振动刀柄。

背景技术

芳纶纸蜂窝材料在航空航天领域已有广泛的应用。不同密度的芳纶纸蜂窝由于蜂窝壁厚度和力学性能的不同，在可加工性上也存在很大的差异。目前，中、低密度芳纶纸蜂窝一般采用高速铣削的加工方式，而高密度芳纶纸蜂窝酚醛树脂层由于厚度大，在酚醛树脂-芳纶纸-酚醛树脂的材料分布下整体呈现硬脆性-柔韧性-硬脆性的材料特点，一般实验室采用磨削等方式加工，效率低下。如果采用高速铣削加工高密度芳纶纸蜂窝，存在一些缺点和局限：一、加工质量和加工精度不易控制；由于蜂窝材料横向刚性较差，而铣削力较大，高速铣削加工过程中易产生材料的变形，造成蜂窝材料的倒塌、孔格变形、纤维拔出、撕裂等加工缺陷，从而对加工质量和加工精度产生影响；二、加工效率低；通过打碎材料的形式去除所有加工余量，刀具与材料间的作用力大，为保证加工质量，必须采用较低的进给速度，因而加工效率比较低；三、刀具磨损严重；由于高速铣削需要锯齿铣刃将材料打碎来完成材料的去除，铣削过程中的铣削力比较大，造成刀具磨损严重，且专用铣削刀具价格比较昂贵，磨损后无法继续使用，会使加工成本增高。

近年来，超声切削的加工方法为高密度芳纶纸蜂窝提供了一种新选择，超声刀柄是超声切削加工系统中的核心部件，目前普遍采用压电陶瓷作为超声刀柄中的换能材料，实现超声振动在高速铣削加工中的应用，基于压电陶瓷换能器的切削加工方法适合于低密度芳纶纸蜂窝，但对高密度芳纶纸蜂窝的切削加工，即使在超声振动的作用下刀刃也难以切入硬脆性的酚醛树脂材料，甚至造成超声刀具急速损坏；另外，压电陶瓷驱动的超声刀柄必须工作在共振频率下，当遇到高密度蜂窝材料时，负载力或阻尼变化过大，会导致共振频率偏移过大，进而降低电能-机械能转换效率，大量的能量转变为陶瓷片的热能，降低换能器使用寿命。

超磁致伸缩材料被广泛应用于医学，声化学等领域，虽然也有超声刀柄中选择用超磁致伸缩材料替换压电陶瓷作为超声刀柄中的换能材料，但简单的材料替换并不能使超磁致伸缩材料完美适配于超声刀柄，将超磁致伸缩材料应用到现有的超声刀柄时会存在以下问题：1、仍无法解决机械损耗等能量耗散引起超磁致伸缩材料的温升问题，换能器使用寿命不长；2、原超声刀柄以变幅杆作为振动放大机构，零件装配数多，会产生多处装配间隙，微位移变形无法完全传输到刀头，能量浪费严重；另外，变幅杆结构设计难度大，材质要求高，往往需要用钛合金制造，成本高昂；3、多处装配间隙也使得磁回路中的气隙多，磁阻增大，会严重阻碍磁场的形成，降低能量利用率。

因此，现有的超声振动刀柄存在散热性能差、零件装配间隙多，导致能量利用率低、装配零件成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于超磁致伸缩加工高密度芳纶纸蜂窝的振动刀柄。它具有散热性能好、零件装配间隙小，能量利用率高、装配零件成本相对较低的优点。

本发明的技术方案：一种基于超磁致伸缩加工高密度芳纶纸蜂窝的振动刀柄，包括钢制弹性框架，所述钢制弹性框架的一条边上开有豁口，与所述豁口所在边相邻的其中一条边上连接有一段刀具安装柄，所述豁口的两侧经调压螺栓和碟簧组弹性连接，所述钢制弹性框架内夹装有超磁致伸缩驱动器，所述超磁致伸缩驱动器能将自身的伸缩运动转化为所述刀具安装柄在轴向或径向上的振动。